La fotosintesi consente alle piante di convertire la luce in energia chimica. L'utilizzo di questo processo per produrre energia elettrica è un obiettivo di ricerca in tutto il mondo. Ora un team di scienziati della Technische Universitaet Muenchen e dell'Università di Tel Aviv è riuscito a derivare e misurare direttamente la corrente fotoelettrica generata da singole molecole del fotosistema I.

Un team di scienziati, guidato da Joachim Reichert, Johannes Barth, e Alexander Holleitner (Technische Universitaet Muenchen), e Itai Carmeli (Università di Tel Aviv) hanno sviluppato un metodo per misurare le fotocorrenti di un singolo sistema proteico fotosintetico funzionalizzato. Gli scienziati potrebbero dimostrare che un tale sistema può essere integrato e indirizzato selettivamente nelle architetture di dispositivi fotovoltaici artificiali, pur mantenendo le loro proprietà funzionali biomolecolari. Le proteine ​​rappresentano luce-driven, pompe elettroniche a singola molecola altamente efficienti che possono fungere da generatori di corrente in circuiti elettrici su nanoscala. Il team interdisciplinare pubblica i risultati in Nanotecnologia della natura questa settimana.

Lo scienziato ha studiato il centro di reazione del fotosistema-I che è un complesso proteico della clorofilla situato nelle membrane dei cloroplasti dei cianobatteri. Impianti, alghe e batteri utilizzano la fotosintesi per convertire l'energia solare in energia chimica. Le fasi iniziali di questo processo, in cui la luce viene assorbita e l'energia e gli elettroni vengono trasferiti, sono mediate da proteine ​​fotosintetiche composte da complessi di clorofilla e carotenoidi. Fino ad ora, nessuno dei metodi disponibili era abbastanza sensibile da misurare le fotocorrenti generate da una singola proteina. Photosystem-I mostra eccezionali proprietà optoelettroniche che si trovano solo nei sistemi fotosintetici. La dimensione su scala nanometrica rende inoltre il fotosistema-I un'unità promettente per applicazioni nell'optoelettronica molecolare.

La prima sfida che i fisici hanno dovuto affrontare è stata lo sviluppo di un metodo per contattare elettricamente singole molecole in forti campi ottici. L'elemento centrale del nanodispositivo realizzato sono proteine ​​fotosintetiche autoassemblate e legate covalentemente a un elettrodo d'oro tramite gruppi di mutazione della cisteina. La fotocorrente è stata misurata mediante una punta di vetro ricoperta d'oro impiegata in un apparato di microscopia ottica a scansione in campo vicino. Le proteine ​​fotosintetiche sono eccitate otticamente da un flusso di fotoni guidato attraverso la punta tetraedrica che contemporaneamente fornisce il contatto elettrico. Con questa tecnica, i fisici sono stati in grado di monitorare la fotocorrente generata in singole unità proteiche.